Как в мантии поднимается горячая порода?

Когда теории тектоники плит ещё не было, шла дискуссия о том, движутся ли континенты Земли. Самое подробное и самое известное обоснование движению континентов было дано Альфредом Вегенером в начале XX века. Ему справедливо возразили, что он не смог предложить механизма, стимулирующего этот «дрейф континентов». Пробел в 1928 году восполнил Артур Холмс: конвекция породы в мантии тянет за собою литосферные плиты. Когда тектоника плит была принята в качестве основной геологической теории, это объяснение получило всеобщее признание. Однако альтернативные гипотезы продолжали появляться. Одна из них гласит, что понижение океанических плит в зонах субдукции (из-за разницы в плотности) производит силу, которая растягивает часть плиты, всё ещё находящуюся на поверхности. Когда плиты перемещаются, они тянут за собой соседнюю мантию.

Сегодня благодаря очень точным наблюдениям у исследователей есть доказательства, что по крайней мере в одном месте именно мантия стимулирует движение плиты, а не движима ею. Если то же самое будет обнаружено в других местах, нас ждёт решение одного из самых старых вопросов в геологической теории. По сути, дискуссия ведётся о роли этих факторов.

Можно сосредоточиться на одной из частей вопроса, а именно на том, как в мантии поднимается горячая порода, что приводит к вулканической активности в срединно-океанических хребтах. Причина в самой мантии или в движении океанической плиты, из-за которого возникает разрыв в земной коре, заполняющийся горячей породой из мантии? Ответа до сих пор нет отчасти из-за того, что изучение мантии — дело нелёгкое. Зато у нас есть постоянно совершенствующаяся технология сейсмического исследования строения мантии. И с её помощью группа японских учёных во главе с Сюити Кодайра сумела составить очень подробную карту древнего участка коры у побережья Японии. Геологи провели измерения вдоль двух линий — параллельно срединно-океаническому хребту (сейчас он лежит ниже Японии), где формировалась кора, и перпендикулярно к нему. Выявлено местоположение показательных слоёв в породе, которые отразили часть сейсмической энергии. Кроме того, была учтена скорость прохождения сейсмических волн через различные области: этот показатель свидетельствует о составе, структуре и температуре породы. Полученные изображения продемонстрировали ряд равномерно сменяющих друг друга поверхностей, наклонённых по отношению к древнему хребту, как книги на полупустой полке. Они начинаются на границе мантии и идут в океаническую плиту.

Верхняя часть мантии обладает большой «сейсмической анизотропией», то есть сейсмические волны проходят быстрее в одном направлении, чем в другом. Анизотропия — результат, вероятно, выравнивания минеральных кристаллов, составляющих породу мантии. Почему они выровнены? Представьте себе, что вы добавили в тесто карамельную крошку. Если вы раскатывали тесто в одном направлении, то расположение крошки отразит этот факт. Следовательно, мантию тоже растягивали в одном направлении. Из сказанного следует, что мантия и кора двигались в одном направлении (прочь от срединно-океанического хребта), но с различной скоростью. Кто же был быстрее, кто кого тянул за собой? Тут-то исследователям и помогли наклонённые поверхности. Их замечали и прежде, объясняя по-разному: разломы, слои базальта, результат различия в скорости мантии и коры. Новые детали говорят в пользу последнего из вариантов: поверхности напоминают хорошо известный тип деформации, вызываемый напряжением сдвига. В данном случае мантия перемещалась быстрее, чем океаническая плита. Иными словами, мантия тащила за собой плиту, а не наоборот. Мантия именно приводила в движение процессы в срединно-океаническом хребте, а не пассивно отвечала на движение плит. Разумеется, подобное исследование следует повторить в других местах, чтобы доказать его состоятельность. Пока ничего не доказано и не опровергнуто, просто получена новая информация, с которой предстоит работать и работать. Результаты исследования опубликованы в журнале Nature Geoscience.